k8s的pod的资源调度

Posted 2022-02-23 muzinan110

1、常用的预选策略

2、优选函数

3、节点亲和调度

3.1、节点硬亲和性

3.2、节点软亲和性

4、Pod资源亲和调度

4.1、Pod硬亲和度

4.2、Pod软亲和度

4.3、Pod反亲和度

5、污点和容忍度

5.1、定义污点和容忍度

5.2、管理节点的污点

5.3、Pod对象的容忍度

 

 

API Server在接受客户端提交Pod对象创建请求后，然后是通过调度器（kube-schedule）从集群中选择一个可用的最佳节点来创建并运行Pod。

而这一个创建Pod对象，在调度的过程当中有3个阶段：节点预选、节点优选、节点选定，从而筛选出最佳的节点。

 

节点预选：基于一系列的预选规则对每个节点进行检查，将那些不符合条件的节点过滤，从而完成节点的预选

节点优选：对预选出的节点进行优先级排序，以便选出最合适运行Pod对象的节点

节点选定：从优先级排序结果中挑选出优先级最高的节点运行Pod，当这类节点多于1个时，则进行随机选择

 

当我们有需求要将某些Pod资源运行在特定的节点上时，我们可以通过组合节点标签，以及Pod标签或标签选择器来匹配特定的预选策略并完成调度，如MatchInterPodAfinity、MatchNodeSelector、PodToleratesNodeTaints等预选策略，这些策略常用于为用户提供自定义Pod亲和性或反亲和性、节点亲和性以及基于污点及容忍度的调度机制。

 

 

Pod资源调度

1、常用的预选策略

预选策略实际上就是节点过滤器，例如节点标签必须能够匹配到Pod资源的标签选择器（MatchNodeSelector实现的规则），以及Pod容器的资源请求量不能大于节点上剩余的可分配资源（PodFitsResource规则）等等。执行预选操作，调度器会逐一根据规则进行筛选，如果预选没能选定一个合适的节点，此时Pod会一直处于Pending状态，直到有一个可用节点完成调度。

 

2、优选函数

预选策略筛选出一个节点列表就会进入优选阶段，在这个过程调度器会向每个通过预选的节点传递一系列的优选函数来计算其优先级分值，优先级分值介于0-10之间，其中0表示不适用，10表示最适合托管该Pod对象。

另外，调度器还支持给每个优选函数指定一个简单的值，表示权重，进行节点优先级分值计算时，它首先将每个优选函数的计算得分乘以权重，然后再将所有优选函数的得分相加，从而得出节点的最终优先级分值。权重可以让管理员定义优选函数倾向性的能力，

 

3、节点亲和调度

节点亲和性是用来确定Pod对象调度到哪一个节点的规则，这些规则基于节点上的自定义标签和Pod对象上指定的标签选择器进行定义。

定义节点亲和性规则有2种：硬亲和性（require）和软亲和性（preferred）

 

硬亲和性：实现的是强制性规则，是Pod调度时必须满足的规则，否则Pod对象的状态会一直是Pending

软亲和性：实现的是一种柔性调度限制，在Pod调度时可以尽量满足其规则，在无法满足规则时，可以调度到一个不匹配规则的节点之上。

定义节点亲和规则的两个要点：一是节点配置是否合乎需求的标签，而是Pod对象定义合理的标签选择器，这样才能够基于标签选择出期望的目标节点。

 

需要注意的是preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution和requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution名字中后半段字符串IgnoredDuringExecution表示的是，在Pod资源基于节点亲和性规则调度到某个节点之后，如果节点的标签发生了改变，调度器不会讲Pod对象从该节点上移除，因为该规则仅对新建的Pod对象有效。

 

4、Pod资源亲和调度

在出于高效通信的需求，有时需要将一些Pod调度到相近甚至是同一区域位置（比如同一节点、机房、区域）等等，比如业务的前端Pod和后端Pod，此时这些Pod对象之间的关系可以叫做亲和性。

同时出于安全性的考虑，也会把一些Pod之间进行隔离，此时这些Pod对象之间的关系叫做反亲和性（anti-affinity）。

调度器把第一个Pod放到任意位置，然后和该Pod有亲和或反亲和关系的Pod根据该动态完成位置编排，这就是Pod亲和性和反亲和性调度的作用。Pod的亲和性定义也存在硬亲和性和软亲和性的区别，其约束的意义和节点亲和性类似。

Pod的亲和性调度要求各相关的Pod对象运行在同一位置，而反亲和性则要求它们不能运行在同一位置。这里的位置实际上取决于节点的位置拓扑，拓扑的方式不同，Pod是否在同一位置的判定结果也会有所不同。

如果基于各个节点的kubernetes.io/hostname标签作为评判标准，那么会根据节点的hostname去判定是否在同一位置区域。

 

4.1、Pod硬亲和度

Pod强制约束的亲和性调度也是使用requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution进行定义的。Pod亲和性是用来描述一个Pod对象和现有的Pod对象运行的位置存在某种依赖关系，所以如果要测试Pod亲和性约束，需要存在一个被依赖的Pod对象，下面创建一个带有app=tomcat的Deployment资源部署一个Pod对象：

基于单一节点的Pod亲和性相对来说使用的情况会比较少，通常使用的是基于同一地区、区域、机架等拓扑位置约束。比如部署应用程序（myapp）和数据库（db）服务相关的Pod时，这两种Pod应该部署在同一区域上，可以加速通信的速度。

 

4.2、Pod软亲和度

同理，有硬亲和度即有软亲和度，Pod也支持使用preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecuttion属性进行定义Pod的软亲和性，调度器会尽力满足亲和约束的调度，在满足不了约束条件时，也允许将该Pod调度到其他节点上运行。

 

4.3、Pod反亲和度

podAffinity定义了Pod对象的亲和约束，而Pod对象的反亲和调度则是用podAntiAffinty属性进行定义，

 

5、污点和容忍度

5.1、定义污点和容忍度

污点（taints）是定义在节点上的一组键值型属性数据，用来让节点拒绝将Pod调度到该节点上，除非该Pod对象具有容纳节点污点的容忍度。而容忍度（tolerations）是定义在Pod对象上的键值型数据，用来配置让Pod对象可以容忍节点的污点。

 

前面的节点选择器和节点亲和性的调度方式都是通过在Pod对象上添加标签选择器来完成对特定类型节点标签的匹配，实现的是Pod选择节点的方式。而污点和容忍度则是通过对节点添加污点信息来控制Pod对象的调度结果，让节点拥有了控制哪种Pod对象可以调度到该节点上的 一种方式。

 

Kubernetes使用PodToleratesNodeTaints预选策略和TaintTolerationPriority优选函数来完成这种调度方式。

 

污点的定义是在节点的nodeSpec，而容忍度的定义是在Pod中的podSpec，都属于键值型数据，两种方式都支持一个effect标记，语法格式为key=value: effect，其中key和value的用户和格式和资源注解类似，而effect是用来定义对Pod对象的排斥等级，主要包含以下3种类型：

 

NoSchedule：不能容忍此污点的新Pod对象不能调度到该节点上，属于强制约束，节点现存的Pod对象不受影响。

PreferNoSchedule：NoSchedule属于柔性约束，即不能容忍此污点的Pod对象尽量不要调度到该节点，不过无其他节点可以调度时也可以允许接受调度。

NoExecute：不能容忍该污点的新Pod对象不能调度该节点上，强制约束，节点现存的Pod对象因为节点污点变动或Pod容忍度的变动导致无法匹配规则，Pod对象就会被从该节点上去除。

在Pod对象上定义容忍度时，其支持2中操作符：Equal和Exists

 

Equal：等值比较，表示容忍度和污点必须在key、value、effect三者之上完全匹配。

Exists：存在性判断，表示二者的key和effect必须完全匹配，而容忍度中的value字段使用空值。

在使用kubeadm部署的集群中，master节点上将会自动添加污点信息，阻止不能容忍该污点的Pod对象调度到该节点上，

 

 

5.2、管理节点的污点

 

此时，node01节点上已经存在的Pod对象不受影响，仅对新建Pod对象有影响，需要注意的是，如果是同一个键值数据，但是最后的标识不同，也是属于不同的污点信息，比如再给node01上添加一个污点的标识为：PreferNoSchedule

 

 

5.3、Pod对象的容忍度

Pod对象的容忍度可以通过spec.tolerations字段进行添加，同一的也有两种操作符：Equal和Exists方式。